底泥是江河?湖泊?水庫和海灣等水體底部長期積存的沉積物[1]，是自然水域的重要組成部分[2]，但隨著全球工業(yè)發(fā)展，各種污染物通過大氣沉降?廢水排放?雨水淋溶與沖刷最終進入水體[3]，隨后沉積到底泥中，使底泥受到嚴重污染。眾多污染物中，重金屬由于其毒性和持久性而成為影響底泥質(zhì)量較嚴重的一類[4]。底泥中重金屬的不斷富集對水體中魚類?底棲軟體動物等造成危害[5]，破壞河流水棲生態(tài)。當水體氧化還原條件?鹽度?pH?天然或合成絡合劑使用量等發(fā)生變化時，底泥中的重金屬會脫離底泥而轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)釋放于水體中，對水體造成二次污染[6，7]。

　　目前針對重金屬污染底泥的主要治理修復方法分為原位修復法和異位修復法。原位修復技術是底泥不疏浚而直接采用固化或生物降解等手段來消除底泥的污染行為。異位處理技術則是將底泥疏浚后再處理，消除其對水體的危害[8]。具體的方法有:疏浚?掩蔽法?淋洗法?穩(wěn)定化法?電動修復法?微生物修復?植物修復等[9]。

　　其中穩(wěn)定化法因其操作簡單，見效快，異位原位均可使用，效果好等優(yōu)勢受到廣泛使用[10]，是重金屬污染底泥安全處置的重要方法。常見的重金屬穩(wěn)定劑可分為無機型和有機型2種，無機型主要有石膏?硫化物?磷酸鹽等，有機型藥劑以螯合劑為主，例如EDTA?殼聚糖衍生物以及二硫代氨基甲酸鹽(DTCR)?ES[11，12]等。

　　穩(wěn)定劑種類繁多，功能各異，對于不同重金屬何種穩(wěn)定劑效果更顯著，其研究較少。本文針對多種重金屬底泥分別研究，并篩選出最適宜的穩(wěn)定劑。同時探討穩(wěn)定化的機理，為重金屬污染底泥安全處置提供科學依據(jù)。

　　1 材料與方法

　　1.1 待測樣品配置及采集

　　1.1.1 模擬底泥的配置

　　將汞?砷?銅?鎘標準溶液分別與未經(jīng)重金屬污染的母質(zhì)沉積物混合，劇烈攪拌均勻，分別置于可密封聚乙烯容器中，加入一定量去離子水，用稱重法保持模擬底泥含水率為50%，密封?室溫放置4周后除去密封膜，室內(nèi)自然風干?研磨過100目篩[13，14]。隨后采用TCLP進行浸出，Hg?As?Cu?Cd浸出濃度分別為4.7?29?14.6和46.04mg/L。

　　1.1.2 樣品的采集與分析

　　實驗用底泥取自天津某污水庫，采用抓斗式采泥器分點采集表層0~20cm的樣品，聚乙烯袋中混合均勻，密封貼標簽后運回實驗室低溫(4℃)保存。將采集樣品在室溫下自然風干后，去除石塊?貝殼及動植物殘體等雜質(zhì)，研磨過100目篩，分析其各理化指標:其中底泥含水率為70.9%，DOC為213.1mg/kg，pH 為7.4，全磷為1.75g/kg，氨氮含量23.6mg/kg，重金屬Hg?As?Cd?Cu的含量分別為2.6?27.9?2.6和521.5mg/kg。采用EPA-TCLP1311標準進行底泥浸出，浸出后重金屬Hg?As?Cd?Cu濃度分別為0.62?8.13?1.21和33.38mg/L。

　　1.2 穩(wěn)定化藥劑

　　結(jié)合各種穩(wěn)定化劑的經(jīng)濟成本以及環(huán)境友好性，選取選取典型無機?有機穩(wěn)定劑和重金屬螯合劑里的新型藥劑作實驗研究，分別是氧化鈣?硫化鈉?硫酸亞鐵?磷酸氫二鈉?ES?殼聚糖，具體性質(zhì)如表1所示。

　　1.3 實驗方法

　　1.3.1 穩(wěn)定劑篩選實驗

　　分別稱取不同重金屬模擬底泥各2g，按照與底泥質(zhì)量比1%?3%?5%?7%?10%稱取穩(wěn)定劑后加入入2.4g蒸餾水溶解并調(diào)節(jié)pH為7，加入模擬底泥充分混合8h，室溫下放置5d。經(jīng)穩(wěn)定后的底泥自然風干后研磨備用。每組實驗設置3個平行，均以未處理沉積物作為對照。

　　藥劑對底泥中重金屬穩(wěn)定化率的計算方法為:

　　穩(wěn)定化率=[(C0 -C1)/C0]×100%

　　式中:C0 為加藥劑前底泥樣品的重金屬浸出量;C1為加藥劑后底泥樣品中重金屬浸出量[15，16]。

　　1.3.2 底泥穩(wěn)定化優(yōu)化實驗

　　首先稱取2g底泥樣品，隨后改變相關因素進行實驗:(1)保持pH為7，液固比為1.2∶1，改變穩(wěn)定劑添加量，以質(zhì)量比1%?3%?5%?7%?10%稱取穩(wěn)定劑;(2)保持穩(wěn)定劑添加量為5%，pH為7，改變液固比為1∶1?1.2∶1?1.5∶1?1.7∶1?2∶1;(3)保持液固比為1.2:1，穩(wěn)定劑添加量為5%，改變pH為5?6?7?8?9。穩(wěn)定劑溶解后加入底泥，充分混合8h，室溫下放置5d進行穩(wěn)定化，穩(wěn)定后的底泥自然風干，研磨備用，每組實驗設置3個平行，均以未處理沉積物作為對照。

　　藥劑對底泥中重金屬穩(wěn)定化率的計算方法同1.3.1。

　　1.3.3 底泥浸提實驗

　　采用美國EPA-TCLP1311標準對絮體進行毒性浸出[17]:稱取100g的樣品，緩慢地將20倍于固體質(zhì)量的相應型號浸出液(將5.7mL冰醋酸用純水稀釋到1L即可，其pH值為2.88±0.05)。加入已呈有固相的浸取瓶中，將浸取瓶蓋緊，并保證在(30±2)r/min下使用浸取裝置旋轉(zhuǎn)18h，在整個浸取期間，確保溫度維持在(22±3)℃ 之間，浸取18h后，用玻璃纖維濾膜過濾，所得濾液即為TCLP浸出液。

　　1.3.4 底泥重金屬形態(tài)分析

　　BCR連續(xù)提取:根據(jù)Rauret等提出的BCR連續(xù)提取法對絮體中重金屬進行連續(xù)提取[18，19]。提取后分別測試各階段的液相濃度，計算土壤中酸可提取態(tài)?可還原態(tài)?可氧化態(tài)及殘渣態(tài)的重金屬所占比例，其中穩(wěn)定性:殘渣態(tài)>可氧化態(tài)>可還原態(tài)>酸可提取態(tài)。具體參見污水技術資料更多相關技術文檔。

　　1.4 分析與檢測方法

　　沉積物樣品重金屬總量測定采用EPA3051法消化進行前處理[20]，電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS，7500a，Agilent)法同步測定。